DE2355875A1

DE2355875A1 - Schaltungsanordnung zur funkentstoerung

Info

Publication number: DE2355875A1
Application number: DE19732355875
Authority: DE
Inventors: Dilipkumar Varma
Original assignee: ROEDERSTEIN KONDENSATOREN; Ernst Roederstein Spezialfabrik fuer Kondensatoren GmbH
Current assignee: ROEDERSTEIN KONDENSATOREN; Ernst Roederstein Spezialfabrik fuer Kondensatoren GmbH
Priority date: 1973-11-08
Filing date: 1973-11-08
Publication date: 1975-05-22
Also published as: FR2251137B3; DE2355875C3; IT1023858B; DE2355875B2; GB1443866A; FR2251137A1

Description

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83 landshut, ludmillastr. 23/25 ^r-i· N· F-Λ. lV;-.:,\ii..i.'.n, ,ii;i! ur.j.n. b. ..über

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Funkentstörung

Die Erfindung betrifft eine Schaltun^aanordnung zur Funkentsiörunc, insbesondere für elektrische Helligkeitssteuergeräte zur Steuerung-von G-liihlainpen, bei welcher ein Halbleiterschalter (Triao) in ein erstes Netzwerk elnbezopcen ist, das zwei mit dem Triac in Reihe liegende Drosseln und zwei Querkonderisatoren .enthält, und ein die Steuerung, vorzugsweise Phasenanschnittssteuerung, bewirkendes zweites Netzwerk parallel zum Triac liegt. Enne Schaltung dieser Art ist aus der DOS 2 053 074 bekannt geworden.

Pur die bei Phasenanschnittssteuerung von elektrischen Verbrauchern, beispielsweise Glühlampen, erforderlichen steuerbaren Schalter werden im zunehmenden Maße Halbleiter-Stellglioder wie Thyristoren oder Triacs (Triac * Triode - AC-Semiconductor-switch) verwendet. Diese bidirektionalen Wechselstromschalter zeichnen sich gegenüber anderen.Schaltmitteln wie Relais durch schnelle Ansprechzeiten, kleines · , Volumen, geringes Gewicht und Y/artun^sfreiheit aus, verfugen auch über ein recht hohes Schaltverhältnis (Widerstandsverhältnis zwischen eingeschaltetem und ausgeschaltetem Zustand), ihr Verhalten vom Übergang von einen in den anderen Zustand, insbesondere bei Zündung, wirft n^e^o°h eine Reihe von Problemen auf: Wird ein Triac vom sperrenden in den leitenden Zustand .geschaltet, so steigt der Verbraucherstrom mit einer derat steilen Planke vom Sperrwert bis auf seine maximale Höhe an, daß mit periodischer Wiederkehr des Einschaltvorgan.gs das Oberwellenspektrum des begleitenden· Snannungszusammenbruchs auch den Funkfrequenzbereich erfaßt und dort Amplituden liefert, die die gesetzlich zugelassenen Höchstwerte für Punkstörspannungen erheblich überschreiten.

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Zur Erfüllung der gesetzlichen Auflagen, speziell der einschlägigen internationalen (CISPR-) wie der etwas schärferen nationalen (VDE-)Vorschriften ist bislang eine Vielzahl von Haßnahmen erprobt und in der Fachwelt diskutiert worden. Sämtliche in jüngerer Zeit bekannt gewordenen Vorschläge gehen davon aus, daß die üblicherweise eingesetzten Entstörmittel mit Länrsinduktivitäten und Querkondensatoren (LG-G-] ieder) - wollte man den erforderlichen Raumbedarf sowie den preislichen Aufwand in wirtschaftlich eben noch vertretbaren Grenzen hai ten für die vorliegenden Zwecke nicht ausreichen. Die Ursache hierfür liegt darin, daß die Entstörfilter einer Reihe voneinander zuwiderlaufenden Erfordernissen senuVrin müssen.

Bekanntlich wirkt ein LC-Glied. als Parallelschwingkreis ausreichend auf den nach .Zündung des Triacs entstehenden Stromanstieg und kann je nach Wahl der Kreisparameter die Steilheit der Planke mehr oder weniger verringern. Von Seiten einer guten Punkentstörung sollten möglichst dämpfarme und hochohmige Entstörkreise verwendet werden. Derart ausgelegte Kreise bilden jedoch zugleich auch einen ~ relativen gedämpften Schwingkreis, der zum Durchschwingen neigt und dadurch den Triac, dessen leitender Zustand nur oberhalb einer Mindeststromstärke (Haltestrom) aufrechterhalten werden kann, zur löschung bringt. Diese Erscheinung tritt vornehmlich dann auf, wenn die Bedämpfung des zu Entstörzwecken eingebrachten Schv/ingkreises durch die Last gering ist, wenn also beispielsweise nur eine Glühlampe von geringer Energieaufnahme zu regeln ist. Schwingneigung und Stabilität der Schaltung, insbesondere bei leistungsschwachen Lasten, konkurrieren miteinander, ein Vermeiden der Schwingneiguns; führt zwar zu stabilen Verhältnissen,

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"beeinträchtigt aber erheblich die Entstörwirkunr. Unabhängig von diesen Problem muß in vielen Anwendungsfällen bei der ^eo^ani sehen Gestalt\mg auf die Tatsache Rücksicht genommen werden, daß die geaatnte Entstäranordnung in ein« normierte Unterputzdose, -eine sogenannte 55er UP-Dose

unterzubringen ist, und daneben noch Platz für beispielsweise "einen Dimmer (Dimmer = Dämmerlichtschalter zur stufenlosen Helligkeitsregelung bei Zimmerbeleuchtung) und die Phasenanschnittssteuer-ung bleiben muß. Schließlich darf die im Betrieb des Filters an den Drosseln entwickelte Verlustleistung einen bestimmten Wert nicht überschreiten. Berücksichtigt man hierbei die schlechten Wärmeableit-verhältnisse in der UP-Dose sowie'die Erwärmung der Entstörkondensatoren, des Triacs und der übrigen Bauelemente, so sind der zulässigen Eigenerwärmung enge Grenzen gesetzt.

Zur Stabilisierung einer Funkentstöranordnung für Thyristorschaltungen ist aus der österr. Patentschrift 261 064 bekannt geworden, bei dem üblichen !C-Glied den Kern der Induktivität (hier der Sekundärwicklung eines Impulstransformqtors) aus einem Material großer Eigendämpfung herzustellen und dem Parallelschwingkreis eine solche Dämpfung zu peben, daß der Laststrom nach Zündung des Thyristors in Form eines im wesentlichen periodischen Einschwingvorgangs einsetzt. Eine zufriedenstellende Entstörwirkung konnte mit dieser Schaltung jedoch bislang noch ni.cht erzielt werden, da auch nach heutigem Stand der Technik kein Kernmaterial für eine Funkentetördrossel verfügbar ist, das die erforderlichen hohen Permeabilitäts- und Tnduktionswerte besitzt und dabei den angestrebten Einschwingmodus zuläßt.

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Um dem Drosselkern die notwendigen magnetischen Eigenschaften zu geben, enthält eine Funkentstördrossel gemäß der deutschen Offenlegimgsschrift 2 119 950 zwei ringförmige, axial ubr-:reinandergestanelte Teilkerne, wobei der eine Te j "I kern aun •magnetisierbarem Eisenblech und der andere Teil kern aus einem Ferritring mit Luftspalt besteht. Eine Teilkernkombination gibt wohl bessere Entstöreigenoohaften, verringert jedoch die Stabilität der Schaltung und ist zudem teuer und schwierig zu beherrschen.

Alternativ zur Drosselkernauftrennung in zwei Teilkerne ist in der bereits eingangs zitierten deutschen Patentschrift 2 053 874· vorgesehen, zusätzlich zum normalen, aun Entstördrossel und Störschutzkondensator bestehenden LG-GId ed zwischen Entstördrossel und Last eine weitere Entstördrossel in Reihe mit diesen zu schalten, wobei die dem Triac nöohstliegende Drossel aus Ringkernblechen besteht und die nachfolgende Drossel einen Ferritpulverkern besitzt, weiterhin den Störschutzkondensator zu einem RO-Glied zu erweitern und schließlich dieses Netzwerk insgesamt mit einem zweiten Kondensator zu überbrücken. Durch Verwendung zweier verschieden aufgebauter Drosseln mit zusätzlicher RC-De'mpfun"· ist der Aufwand auch dieser Schaltung noch erheblich, die Unterbringung in einer UP-Dose macht Schwierigkeiten. Zudem sind dieser Druckschrift Angaben, ob außer den Auflagen der internationalen Bestimmungen auch die der schärferen VDE-Vorschriften eingehalten sind, und zwar auch bei der bekanntlich erheblich schwieriger zu entstörenden Teillast,-nicht zu entnehmen.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Funkentstörschaltung für eine Halbleitersteuerung anzugeben, die die gesetzlichen Bestimmungen einschließlieh einschlägiger VDE-Vorschriften erfüllt, dabei auch für einen großen Las-fereich ausreichend stabil ist und einem hiernach gebauten Funkentetörfilter eine vergleichsweise geringe-Erwärmung und eine besonders platzsparende Gestaltung ermöglicht, so daß dieser insbesondere bequem in eine 'Unterputz-Dose der 55er-Norm eingebaut werden kann. Ausgehend von einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß beide Drosseln nach Art einer Doppeldrossel derart einander zugeordnet sind, daß sie ein definiertes Maß.einer gegenseitigen Kopplung aufweisen, und daß der eine Querkondensator (erster Querkondensator) zu dem aus Triac und Doppeldrossel gebildeten Zweig parallel geschaltet ist und der andere Querkondensator (zweiter Querkondensator) zumindest den Triac überbrückt.

Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, daß die vorgeschlagene Doppeldrossel mit definiertem Kopt>lungsgrad tatsächlich die beim Zünden des Triacs entstehenden Stromspitzen im Zusammenwirken-mit den Entstörkondensatoren ausreichend dämpft und gleid^eitig - bei geeignetem Wicklungssinn der Teilwicklungen - für die restlichen Störspannunsen einen Kurzschiußtransformator bildet. Dabei sind die m P-^n e ti sch en Eigenschaften der Drosäelkernnüaterialien nicht mehr kritisch, vielmehr besteht sogar eine Auswahlmöglichkeit zwischen verschiedenen Kernstoffen und -formen,

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sofern nur die jeweils richtigen Kopplungs- und Däuipfungsverhältnisse im Filterkreis eingehalten v/erden; genauere Angaben hierüber sind in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen enthalten. Im Ergebnis wird ein preiswertes Funkentstörfilter verfügbar, das baulich doch nur höchst einfach aus zwei LC-Gliedern besteht und dennoch allen Anforderungen genügt.

Die Verwendung von Doppeldrosseln bei der Entstörung von Beleuchtungsstromkreisen ist an sich seit längerem .bekannt; man vergleiche hierzu beispielsweise DBP 1 258 489. Gemäß dieser Patentschrift sind die beiden Wicklungen niederfrequenzraäßig gegeneinander geschaltet und weisen trotz eines gemeinsamen Eisenkerns keinen Kopplungcgrad auf, mit dem sie als Kurzschlußtransformator wirksam werden können. Im übrigen sind sie so beschaltet, daß sie umfangreicher Zusatzmaßnahmen bedürfen, um ausreichend zu entstören.

Bei einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann es, abhängig von der Eigendämpfung des Kerns (V/ahl des Kernmaterials) notwendig sein, die Einschaltstromapitzen zusätzlich durch eine Kurzschlußwindung an einer oder beiden Drosseln zu bedampfen. Die Dämpfung kann statt durch die Kurz· echlußwindung auch durch ein dämpfend wirkendes Metallgehäuse oder durch eine dämpfend wirkende Metallabschirmung erfolgen.

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In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß sich bei einer Schaltungsanordnung mit einem ersten Netzwerk aus zwei Drosseln und zwei Kondensatoren die eine Drossel zwischen Last und Triac und die andere Drossel zwischen Netz und Triac befindet. Dabei ist es zur weiteren Verbesserung der Entstörung und Stabilität zweckdienlich,

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beide Querkondensatoren mit einem gemeinsamen Fußpunkt anzuschließen, wobei der zweite Querkondensator parallel zu dem Zweif lierrt, der aus Triac und einer der beiden Drosseln besteht; diese Schaltungsweise wird als asymmetrische Y-Schaltung bezeichnet. Es hat sich dabei al s zweckmäßig erwiesen, .die Y-Bchaltunr netf.nfiiti.fl: anzuschließen. Bei dieser Fußpunktlare wird dor Kurz- imd Mittelweinenbereich besonders gut entstört.

An eine mit einem erfindungsgemtlßen Funkentstörfilter ausgerüstete Unterputz-Dose sind keine besonderen Anforderungen bei der Wärmeabfuhr gestellt; die relativ niedrigen Übertemperaturen im Doseninneren garantieren vielmehr eine hohe Lebensdauer der Schaltung, eine besonders bei in Unterputzbauweise installierten Einheiten geschätzte Eigenschaft.

Anhand eines in den Figuren der Zeichnung teilweise nur schematisch dargestellten, besonders bevorzugten Ausführunffsbeispiels soll die Erfindung nachstehend mit weiteren Merkmalen näher erläutert v/erden. Einander ent-ST)reohende Teile sind dabei mit gleichen BezusPf-eirhen versehen. Es zeigen: _o .

Fig. 1: das Schaltbild des Ausf.ührungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,

. 2: ein Störspannun<?:sdiagrapiiii des Ausführunp-sbeispi«?!¹ aus Fig. 2, im Vergleich zu einer Ausführung ohne Drosselkopplung,

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Fig. 3: eine konstruktive Gestaltung des Ausführungsbeispiels aus Figur 2, in der Draufsicht.

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Pig. 1 zeigt eine Schaltung für die Phasenanschnittssteuerung einer Last, in diesem Fall zur Helligkeitsregelung einer mit 1 bezeichneten Glühbirne. Als steuerbarer Schalter ist ein Triac 2 gewählt. Ihm parallel liegt das eigentliche Steuerteil, dessen Aufbau für. die "vorliegende Erfindung nicht von belang ist und das daher in der Zeichnung nur mit'einem Kasten 3 angedeutet sein soll. Diesbezügliche Einzelheiten sind beispielsv/eise der genannten DOS 2 053 874 oder der Veröffentlichung von O-Limann "'Phasenanschnittssteuerung" in "Funkschau", 1971, Seiten 87 bis 90 zu entnehmen. Zwischen Last 1 und Steuerteil 3 ist ein als gestrichelter Block 4 charakterisiertes Funkentstörfilter geschaltet. Es besteht im einzelnen aus zwei Entstörkondensatoren 5, 6 sowie zwei Entstördropsein 7, 8. Drossel 7 liegt lastseitig, Drossel 8 netzseitig vom Triac 2; beide Drosseln sind jedoch zu einer Doppe]drossel 9 mit definiertem Kopplunersgrad zusammengeführt. Die Kondensatoren 5,6 bilden eine asymmetrische Y-Schaltung mit netzseitigem Fußtmnkt 10..

Im Betrieb der Schaltung stellt das Filter durch die Y-Sehaltung beider Kondensatoren einen Schwinkreis dar, der den Schaltstromstoß beim Zünden des Triacs weitgehend aufnimmt und - gegebenenfalls unter Mitwirkung einer Kurzschlußwindung in einer oder in beiden Drosseln - dämpft, und bilden die verkoppelten Drosseln 7, 8 zugleich für die verbleibenden Funkstörspannunp;en einen transformatorischen Kurzschluß, so daß der Stromstoß sicher am Durchschwingen gehindert ist und die Schaltung stabil bleibt.

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In Figur 2 sind die Ergebnisse einer nach VDE-BeStimmungen (VDE 0076) durchgeführten Störspannungs-Verpleichsmessung dargestellt. In einem.logarithm!sehen Koordinatensystem sind hierzu die gemessenen Störspannungswerte in >€)u.Y (rechte Abzsisse) und der Störpegel in dB (linke Abzsisse) gegen die Frequenz in MHz aufgetragen. Die stark ausgezogene Kuwe IT zeigt den sogenannten Normalstörgrad an, d.h. die nach VDE 0875 für Haushalt und Gewerbe zugelassenen Höchstwerte der Funkstörspannungen.

Verglichen wurde eine Ausführung nach Figur 1 gegen eine Anordnung mit zwei üblichen LC-Gliedern, bei der also in Reihe zwischen Last und Triac zwei Drosseln, hintereinander geschaltet sind, ein erster Kondensator zum Triac samt der nächstliegend en Drossel parallel liefet und ein zweiter Kondensator dieses Netzwerk überbrückt. Es wurden zwei Vergleichsnessreihen durchgeführt. In der ersten hatten die Drosseln beider Filter jeweils 0,5 mH, die beiden Kondensatoren jeweils 50 nF. Als Last diente jeweils eine 600-W-Lamr>e. Kurve 11 entspricht der Vergleichsanordnune:, Kurve gibt die Hesswerte der erfindungsgemäßen Ausführungw wieder. Wie ein erster Kurvenvergleich zeigt, erzielt bei gleichem Aufwand die hier vorgeschlagene Ausführung wesentlich bessere Entstörwerte. Überdies haben Stabilisierungstests ergeben, daß die Stabilisierungsgrenze von 40V/ (Vergleinhsanordnung) auf 25 W (erfindungsgemäße Anordnung) gesenkt werden konnte. Zu einer zweiten Meßreihe wurden die beiden Filter folgendermaßen ausgelegt: 2 mH/i6 kHz für beide Drosseln und 1OnF für den ersten Kondensator und 15 nF für den zweiten Kondensator! Bei einer 200-W-Last ergaben die ermittelten

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Werte(Kurve 3 für die Vergleichsanordnung und Kurve 4 für die erfindungsgemäße Anordnung) ein sehr ähnliches Bild. Ein Vergleich der Stabilitätsgrenzen fällt hierbei noch günstiger aus: 60 W gegenüber 25 W.

Figur 3 schließlich zeigt eine konstruktive Realisierung des in Figur 1 mit 4 bezeichneten Funkenstörfilters; Dabei sind auf ₀ einer Schaltungsplatte in gedruckter Schaltungstechnik, und zwar einer auf Hartpapier aufgebrachten kreisrunden Printplatte21, die Doppeldrossel 9 und die Kondensatoren 5 und 6 verankert. Die Doppeldrossel 9 besteht aus einem E-Kern 15, auf dessen Außenschenkeln die Teilwicklungen 16, 17 der jeweiligen Drosseln 7, 8 aufgebracht sind. Die Außenschenkel haben gleiche Magnetisierungsrichtungen, die Teilwioklungen sind gegensinnig gewickelt. Der E-Kern 15 ist zusätzlich von einer Kurzschlußi»indung 18 umgeben. Die vier Anschlüsse des Filters 4 sind als Anschlußpaare 20 aus der Printplatte2.1 herausgeführt. Der Filter ist mit weniger als 40 ram Durchmesser insgesamt in Abmessungen gehalten, die eine leichte Unterbringung in einer 55er UP-Dose gestatten. Dabei bleibt noch Raum für das Steuerteil der Phasenanschnittsteuerung und den Dimmer. Besondere Wärmeabfuhrmaßnahmen sind nicht zu ergreifen; die bei dem dargestellten Funkentstörfilter auftretenden Übertemperaturen bleiben, wie Messungen ergaben, stets unter 60° C.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So brauchen die Querkondensatoren nicht unbedingt in asymmetrischer Y-Schaltung mit netz-

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seitigem Pußpunkt eingesetzt zu v/erden. Insbesondere können zur Erzielung des definierten Kopplungsgrads in der Doppeldrossel auch andere Kernformen, relative Magnetisierungsrichtungen und Wickliwssinne verwendet werden, "beispielsweise Stabkerne, Ringkerne, Mittelschenkolbe.wicklurigen. Im BedarfsfaüIe wäre es auch durchaus möglich, mehrere eifindungogemäße vorgesehene Doppelspülen einzubauen.

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Claims

Patentan s τ) r ϋ c h e

(1 .J Schaltungsanordnung zur Funkentstörung, insbesondere für ^-^ elektrische Helligkeitssteuergeräte zur Steuerung von Glühlampen, bei welcher ein Halbleiterschalter (Triac) in ein erstes Netzwerk einbezogen ist, das zwei, mit dem Triac in Reihe liegende Drosseln und zwei Querkondensatoren enthält, und ein die Steuerung, vorzugsweise Phasenanschnittssteuerung, bewirkendes zweites Netzwerk parallel zum Triac liegt, dadurch gekennzeichnet, daß beide Drossel (7,8) nach Art einer Doppeldrossel (9) derart einander zugeordnet sind, daß sie ein definiertes Maß einer gegenseitigen Kopplung aufweisen, und da der eine Querkondensator (erster Querkondensator 5) zu dem aus Triac und Doppeldrossel gebildeten Zweig parallel geschaltet ist und der andere Querkondensator (zweiter Querkondensator 6) zumindest den Triac überbrückt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der das erste Fetzwerk aus zwei Drosseln und zwei Querkondensatoren besteht, dadurch gekennzeichnet, dsß sich die eine Drossel (7) zwischen Last (1) und Triac (2) und die andere Drossel (8) zwischen Netz und Triac (1) befindet.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, oder ?., dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der beiden Drosseln der Doppeldrossel (9) mit einer dämpfend wirkenden Kurzschlußwindung oder einem dämpfend wirkenden Gehäuse oder einer dämpfend wirkenden Metallabschirmung versehen ist.

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4. Schaltungsanordnung nach einer» der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß "bej.de Querkondensatoren (5»6) mit einem gemeinsamen Fußpunkt (10) angeschlossen sind, wobei der zweite Querkondensator (6) parallel -au dem Zweig li^gt, der aus dem Triac und einer der beiden Drosseln besteht.
5. S chal tuners anordnung nach Anspruch 4» dadur'ch g e k e nn zeichnet, daß der gemeinsame Fußpunkt (10) der beiden Querkondensabren (5>6) netzseitig liegt.
6. Funkentstörfilter in einer Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß bei Wahl von stabförmigen Kernen für die beiden Drosseln die beiden Kerne in enger räumlicher Nachbarschaft zueinander parallel liegend mit gleicher Magnetisierungsrichtung angeordnet und gleichsinnig bewickelt sind.
7. Funkentstö'rfliter in einer Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, dRß die Wicklungen der Doppeldrossel

■ auf den Außenschenkeln eines E-Kerns (15) aufgebracht sind.-
8. Funkentstörfilter nach Anspru.ch 7» dadurch gekennzeichnet,' daß die beiden Außenschenkel die gleiche Magnetisierungsrichtung aufweisen, ' jedoch gegensinnig bewickelt sind.

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9; Funkentstörfilter nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch- gekennzeichnet, daß seine sämtlichen Bauteile auf einer Suhal in gdruckter Leitun^stechnik, vorzugsweise Printplatte (1) auf Hartrtanier, verankert sind.
10. Unterputzdose mit einem Punkentstörfilter nach einem der Ansprüche 5 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsplatte kreisförmiges Format hat und sich, in einer zum Dosenboden parallelen erstreckt.

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